{"id":25211,"date":"2021-05-25T09:52:48","date_gmt":"2021-05-25T09:52:48","guid":{"rendered":"https:\/\/react2020.eu\/2021\/05\/25\/il-ruolo-delle-pompe-di-calore-e-dellaccumulo-di-energia-nel-progetto-react\/"},"modified":"2021-05-25T13:33:46","modified_gmt":"2021-05-25T13:33:46","slug":"il-ruolo-delle-pompe-di-calore-e-dellaccumulo-di-energia-nel-progetto-react","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/react2020.eu\/it\/2021\/05\/25\/il-ruolo-delle-pompe-di-calore-e-dellaccumulo-di-energia-nel-progetto-react\/","title":{"rendered":"Il ruolo delle pompe di calore e dell\u2019accumulo di energia nel progetto REACT"},"content":{"rendered":"\n

Introduzione <\/h2>\n\n\n\n

La transizione verso un\u2019economia elettrica guidata dalle energie rinnovabili avr\u00e0 un impatto su tutti gli ambiti della nostra societ\u00e0. Nuove tecnologie e soluzioni innovative giocheranno un ruolo importante nel consentire questa transizione. Per la rete elettrica, la microgenerazione e l\u2019elettrificazione del calore e del trasporto richiederanno l\u2019adattamento dell\u2019attuale sistema di fornitura e distribuzione da un sistema centralizzato ad una rete smart pi\u00f9 decentralizzata, con flussi bi-direzionali di energia ed informazioni. La sfida principale \u00e8 gestire l\u2019intermittenza dell\u2019energia da fonti rinnovabili, come l\u2019energia eolica e solare, attraverso un cambio intelligente dei nostri modelli di domanda energetica sulla base dell\u2019offerta di energia, assistito da sistemi di accumulo di energia termica ed elettrica. <\/p>\n\n\n\n

Pompe di calore <\/h2>\n\n\n\n

Nell\u2019economia elettrica del futuro basata sulle energie rinnovabili, le pompe di calore rappresenteranno i mezzi pi\u00f9 efficienti di utilizzo dell\u2019elettricit\u00e0 generata da fonti rinnovabili per fornire calore e raffrescamento negli edifici. Per capire come funziona una pompa di calore, \u00e8 utile comprendere la relazione tra calore e temperatura. Il flusso di calore in un ambiente naturale \u00e8 guidato da differenze di temperatura. Una gran quantit\u00e0 di calore \u00e8 conservata in serbatoi energetici naturali a bassa temperatura come l\u2019aria, il suolo e i corpi idrici quali fiumi, laghi e stagni. Queste fonti possono essere considerate rinnovabili, perch\u00e9 sono riscaldate naturalmente dal sole e dall\u2019energia geotermica. <\/p>\n\n\n\n

Le pompe di calore funzionano usando l\u2019energia elettrica per \u201cpompare\u201d calore da questi serbatoi a bassa temperatura e fornirla dove \u00e8 necessario per riscaldare a pi\u00f9 alte temperature. In alcuni casi, la direzione della pompa di calore pu\u00f2 essere invertita per fornire raffrescamento, spesso consumando meno energia elettrica rispetto all\u2019operazione di riscaldamento in quanto funziona nella stessa direzione del flusso naturale del calore (in questo caso da un\u2019ambiente interno con una temperatura pi\u00f9 alta ad un ambiente esterno con una temperatura pi\u00f9 bassa). <\/p>\n\n\n\n

Negli edifici, la gran parte della nostra domanda di energia termica \u00e8 per il riscaldamento o il raffrescamento degli ambienti, per farci sentire a nostro agio, oppure disporre di acqua calda per cucinare, pulire e lavare. Il progetto REACT si focalizza su diverse aree geografiche delle isole dove vi sono edifici pubblici e privati, ciascuno con requisiti molto diversi a livello di energia termica. Il risultato \u00e8 che la fornitura di energia termica richieda diversi tipi di pompe di calore a seconda della posizione e del tipo di edificio. <\/p>\n\n\n\n

I siti dimostrativi di REACT <\/h2>\n\n\n\n

Il progetto REACT prevede tre isole dimostrative: Inis M\u00f3r, un\u2019isola all\u2019interno di un piccolo arcipelago conosciuto come le isole Aran, in Irlanda occidentale; l\u2019isola di San Pietro, localizzata nel Mar Mediterraneo, al largo della costa sud-occidentale della Sardegna; infine, l\u2019isola di La Graciosa, la pi\u00f9 piccola e meno popolata delle isole Canarie spagnole. Queste tre isole hanno ciascuna caratteristiche climatiche diverse, come mostrato nella Figura 1. <\/p>\n\n\n\n

Inis M\u00f3r ha il tipico clima del nord Europa, in cui la domanda di energia termica durante tutto l\u2019anno \u00e8 dominata pi\u00f9 dal riscaldamento in inverno rispetto al raffrescamento in estate. Gli edifici residenziali tendono ad avere sistemi di riscaldamento ad acqua, che forniscono calore agli ambienti interni tramite radiatori o riscaldamento a pavimento. <\/p>\n\n\n\n

Le pompe di calore ad aria e geotermiche sono adatte per l’integrazione con sistemi di riscaldamento ad acqua in edifici residenziali o commerciali. In particolare, le pompe di calore aria-acqua possono essere facilmente installate al posto di vecchie caldaie a combustibili fossili. Per le isole Aran, negli ultimi anni le pompe di calore aria-acqua sono state installate in diverse abitazioni come parte dell\u2019iniziativa Clean Energy for EU Islands per ridurre i costi energetici e la dipendenza delle isole marine dalle importazioni di carburante [1]<\/a>. Come le caldaie, le pompe di calore aria-acqua possono fornire anche acqua calda per uso sanitario e spesso sono installate con un bollitore per l\u2019acqua calda, che pu\u00f2 essere riscaldata quando il costo dell’elettricit\u00e0 \u00e8 basso, prima dei periodi di picco della domanda.<\/p>\n\n\n\n

L\u2019isola di San Pietro ha un clima tipicamente mediterraneo, con un\u2019elevata domanda di raffrescamento nel periodo estivo. In molti casi le abitazioni hanno le persiane alle finestre per mantenere freschi gli ambienti interni quando il calore del sole \u00e8 pi\u00f9 intenso; molti edifici sono dotati anche di impianti di climatizzazione alimentati elettricamente. Per edifici di piccole e medie dimensioni questi sistemi tendono ad essere basati su pompe di calore aria-aria, che raffreddano direttamente l\u2019aria senza il bisogno di far circolare l\u2019acqua. Il calore viene estratto dall\u2019aria presente nello spazio abitativo e respinto nell’ambiente esterno. La maggior parte delle pompe di calore aria-aria tende anche ad essere reversibile e pu\u00f2 essere programmata per fornire riscaldamento in inverno cambiando la direzione del flusso di calore. <\/p>\n\n\n\n

A differenza di San Pietro e delle Isole Aran, l’Isola La Graciosa si trova in una parte dell’Oceano Atlantico caratterizzata da temperature stagionali molto miti e poche variazioni durante l’anno; di conseguenza, l\u2019esigenza di raffrescare gli ambienti in estate o di riscaldarli in inverno \u00e8 minima. Per quest’isola, la maggior parte della domanda di energia termica negli edifici \u00e8 per ottenere acqua calda sanitaria. <\/p>\n\n\n\n

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Figura 1: Variazioni annuali della temperatura esterna per le tre isole dimostrative di REACT, in base ai dati di Refs [2-4]<\/a>. Le bande ombreggiate pi\u00f9 scure indicano i tipici intervalli minimi giornalieri, mentre le bande ombreggiate pi\u00f9 chiare mostrano gli intervalli minimi-massimi settimanali.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Accumulo di energia e demand-response <\/h2>\n\n\n\n

I sistemi a pompa di calore abbinati alle tecnologie di accumulo dell’energia consentono di compensare il momento in cui viene consumata l’energia di riscaldamento o di raffreddamento dal momento in cui viene generata l’energia elettrica. Questo \u00e8 un concetto centrale di ci\u00f2 che viene definito gestione della domanda o demand-response, il quale consente di massimizzare la frazione di domanda energetica che pu\u00f2 essere soddisfatta da fonti energetiche rinnovabili intermittenti. <\/p>\n\n\n\n

La Figura 2 mostra tre percorsi di flusso tramite cui le pompe di calore e l\u2019accumulo di energia possono essere usati per separare il lato dell\u2019offerta ed il lato della domanda dell\u2019uso di energia termica negli edifici. Ogni percorso rappresenta una diversa sequenza per la generazione, conversione, accumulo e consumo di energia. <\/p>\n\n\n\n

Nel percorso di flusso energetico A, l\u2019energia elettrica generata da fonti rinnovabili viene accumulata in una batteria elettrica prima di esser convertita in energia termica dalla pompa di calore e convogliata per l\u2019uso finale come riscaldamento o raffrescamento. Nel percorso di flusso energetico B, il processo di conversione energetica avviene prima dell\u2019accumulo, con la pompa di calore che dapprima converte l\u2019energia elettrica in energia termica in forma di acqua calda e successivamente questa viene immagazzinata in un bollitore per il conseguente uso sanitario. Il percorso di flusso energetico C mostra una sequenza tramite cui l\u2019edificio stesso pu\u00f2 essere usato come un accumulatore di energia termica, che \u00e8 preriscaldato o preraffrescato dalla pompa di calore prima del periodo di occupazione [5]<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Ciascuno di questi approcci per l\u2019accumulo e la gestione energetica comporta delle sfide tecniche per raggiungere la massima efficacia e al contempo il mantenimento di confort e comodit\u00e0 per l\u2019utente finale. Sono queste sfide che forniscono le motivazioni alla base del progetto REACT. I tre siti dimostrativi, che formano il cuore del progetto, rappresentano tutte insieme un\u2019opportunit\u00e0 unica di realizzare strategie di controllo demand-response energetico avanzato attraverso un\u2019ampia serie di tipologie di edifici ed aree geografiche. Durante il periodo di convalida del progetto, la piattaforma REACT basata su cloud costituir\u00e0 il punto centrale per la raccolta di informazioni tese a valutare e migliorare la soluzione ICT del progetto, integrata dal riscontro interattivo da parte dei partecipanti a REACT. Gli obiettivi di progetto prevedono un piano di replica per estendere la soluzione REACT a livello dell\u2019intera isola, cos\u00ec da risolvere la sfida dell\u2019indipendenza energetica. <\/p>\n\n\n\n

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Figura 2: Percorsi del flusso di energia dalla generazione all’uso finale utilizzando pompe di calore con accumulo di energia termica o elettrica.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Comunicazione ed interoperabilit\u00e0 <\/h2>\n\n\n\n

Al centro della soluzione REACT vi sar\u00e0 il concetto delle abitazioni connesse, tema che tratteremo diffusamente nei prossimi post. <\/p>\n\n\n\n

Riconoscimento <\/h2>\n\n\n\n

Questo progetto ha ricevuto un finanziamento dal programma Horizon 2020 dell’Unione Europea, Accordo di sovvenzione n. 824395. <\/p>\n\n\n\n

Autori<\/h2>\n\n\n\n

James Freeman, Ingegnere Ricercatore, Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. <\/p>\n\n\n\n

Daniel Coakley, Ingegnere Ricercatore Senior, Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. <\/p>\n\n\n\n

Bibliografia<\/h2>\n\n\n\n
  1. European Commission (2017). Clean energy for EU islands. https:\/\/ec.europa.eu\/energy\/topics\/renewable-energy\/initiatives-and-events\/clean-energy-eu-islands_en<\/a>.<\/li><\/ol>\n\n\n\n
    1. National Aeronautics and Space Administration (2019). Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2. Meteorological data, Inis M\u00f3r. Retrieved from http:\/\/gmao.gsfc.nasa.gov\/reanalysis\/MERRA-2<\/a>.<\/li><\/ol>\n\n\n\n
      1. Meteoblue. (2019).  Modelled climate data for Isla Graciosa. Retrieved from https:\/\/www.meteoblue.com\/en\/weather\/historyclimate\/climatemodelled\/islagraciosa_espa%C3%B1a_2517127<\/a><\/li><\/ol>\n\n\n\n
        1. World Weather Online. (2019). Carloforte Historical Weather. Retrieved from https:\/\/www.worldweatheronline.com\/carloforte-weather-history\/sardegna\/it.aspx<\/a><\/li><\/ol>\n\n\n\n
          1. T. Sweetnam, M. Fell, E. Oikonomou, and T. Oreszczyn (2019). Domestic demand-side response with heat pumps: controls and tariffs. Building Research & Information 47(4), 344-361. https:\/\/www.tandfonline.com\/doi\/full\/10.1080\/09613218.2018.1442775<\/a><\/li><\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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